Методы прокладки и реконструкции водоотводящих сетей

В период строительства новых и развития старых городов и мега­полисов их подземная инфраструктура, в том числе и водоотводящие сети, строились в основном открытым способом, при котором трубопроводы прокладывались на требуемых отметках в открытых траншеях с их после­дующей засыпкой вынутым грунтом. В последнее десятилетие рост протя­женности водоотводящих сетей замедлился (рис. 1), что связано с пере­ходом от экстенсивного периода развития городов к их более плотной и многоэтажной застройке, хорошо заметной на примере Москвы.

В этих условиях основной задачей становится не строительство новых водоотводящих линий, а обеспечение надежной эксплуатации уже существующих подземных коммуникаций, что неизбежно связано с заме­ной, перекладкой и реконструкцией отслуживших свой нормативный срок и аварийных участков сетей.

По имеющимся данным следует, что из 400 тыс. км существующих в России канализационных сетей 108 тыс. км отслужили свой нормативный срок или находятся в аварийном состоянии и их ежегодный прирост со­ставляет 8 тыс. км, в то время как ежегодно перекладывается лишь 2,2 тыс. км. Следовательно, вопросы перекладки сетей и поддержания их в работоспособном состоянии является наиболее актуальными для комму­нальных городских служб.

Из приведенных на рис. 2 данных видно, что для крупнейшего мегаполиса — Москвы 1090 км сетей, что составляет около 17%, старше 60 лет и нуждаются в перекладывании или реконструкции, когда как строительство новых линий составило лишь около 400 км за последние 10 лет.

Рис1. Рост протяженности городской канализационной сети в г. Москве

Однако в условиях современных городов, с их уплотненной за­стройкой, насыщенной подземной инфраструктурой и интенсивным движе­нием автотранспорта, использование открытых способов прокладки трубо­проводов становится не только затруднительным, но и практически невоз­можным. Аналогичная тенденция наблюдается в Европе и США, где в бла­гоустроенных городах около 95% работ по прокладке и восстановлению подземных коммуникаций производится бестраншейным способом.

Рис. 2. Удельный вес различных сроков постройки сети в г.Москва

Основными бестраншейными методами прокладки и реконструк­ции подземных трубопроводов являются:

— Щитовая прокладка;

— Микротоннелирование;

— Горизонтальное направленное бурение;

— Прокалывание, пробивка и продавливание;

— Раскалывание.

Щитовая проходка представляет собой закрытый способ проклады­вания тоннелей механизированными щитами диаметром 1,5-3,6 м с после­дующей укладкой в тоннелях труб требуемого диаметра и забутовкой сво­бодного пространства. При проходке щитов в водонасыщенных и слабоус­тойчивых грунтах требуется проводить дорогостоящие операции по водопонижению, замораживанию или химическому закреплению. В застроен­ных городских районах производство щитовой проходки неизбежно связа­но с необходимостью ограничения движения транспорта.

Микротониелирование осуществляют с помощью дистанционно управляемых комплексов, позволяющих осуществлять 10-15 м проходки в сутки практически во всех горно-геологических условиях, в том числе во­донасыщенных грунтах без водопонижения или закрепления грунтов. На рис. 3 приведен общий вид микрощитов. Фирма «Херренкнехт АГ» вы­пускает щиты для технологии микротоннелирования диаметром от 150 мм до 14,2 м, при использовании которых устраняется ручной труд в забое, механизируется процесс прокладки труб, и все управление технологиче­ским процессом осуществляет с централизованного пульта машинист. До­пустимый зазор между прокладываемым трубопроводом и расположенны­ми в земле коммуникациями при этом методе составляет не менее 1 м, от­клонения от проектных отметок не превышают 10-20 мм.

Рис. 3 Микрощиты различных диаметров

Рис. 4. Схема направленного бурения гидроразмывом:

1 — установка направленного бурения; 2 — земляное сооружение; 3 — радиолокатор; 4 — проектная ось коммуникаций; 5 — струя жидкости; 6 — буровая головка; 7 — лидерная скважина; 8 – штанга

Горизонтальное направленное бурение при прокладке труб до 150 мм ведется с использованием раствора на основе бентонита или поли­меров (рис. 4). Трубы большего диаметра прокладываются с помощью установок горизонтального шнекового бурения (рис. 5). Малые установ­ки шнекового бурения с тяговым усилием 4 т позволяют прокладывать тру­бы диаметром до 300 мм и длиной до 50 м. Установки с тяговым усилием 30 т используют для прокладки труб диаметром до 500 мм на расстояние до 400 м (рис. 6).

Рис. 5. Установка горизонтального шнекового бурении

Прокалывание и пробивка заключается в проходке горизонтальных скважин и затягивании в них труб (диаметром до 400 мм) с помощью пневмопробойников (рис. 7). Пневмопробойники имеют обтекаемый корпус, в котором размещены ударник и воздухораспределительный механизм, как прямой, так и обратный ход пробойника. Проход пробойника происходит с достаточно высокой скоростью, их эксплуатация весьма проста.

Продавливание осуществляют путем забивки в грунт стальных тру­бопроводов диаметром 400-1400 мм с помощью пневмоударных машин. На рис. 8 представлены возможные функции пневмопробойников.

Рис. 6 Схема направленного шнекового бурения

Рис. 7 Общий вид пневмопробойников

Рис. 8 Схема прохода (а) расширения (б) скважин и продавливания (в,г) труб с помощью пневмопробойников

Раскатывание используют для проходки и расширения сущест­вующих скважин за счет специальной раскатывающей головки (рис. 9), приводимой в движение буровым станком через наращиваемые буровые штанги. При вращении головки грунт вдавливается в стенки скважины и образуется устойчивая цилиндрическая полость, в которую затем при ре­версе раскатчика затаскивается трубопровод. Соответствие оси раскатчика оси проектируемого трубопровода контролируют лазерной системой наве­дения.

Рис. 9 Общий вид раскатчика скважин

Разработанные методы закрытой прокладки используют не только при строительстве новых трубопроводов, но и замене старых, аварийных участков сетей на новые. В России разработаны и серийно применяются пневмомолоты (табл. 1), которые используются вместе с расширителями (табл. 2) для разрушения подлежащего замене старого трубопровода.

Оборудование размещается в существующих колодцах и не требует устройства дополнительных шахт или котлованов.

Таблица 6.2 Технические характеристики серийных пневмомолотов

Параметр		Модели молотов
ЛГМ-125	ЛГМ-170К	МПС-62Б	МПС-65
Наружный диаметр кор­пуса, мм	129	170	185	240
Энергия уда­ра, Дж	120+10	300± 25	450 +30	550+ 50
Частота уда­ров, с»1	7,5+0,25	9,0±0,3	6,0 +0,3	7,5 ±0,4
Расход сжа­того воздуха, м/мин	3,0+ 0,25	7.5 +0,5	8,0 +0,5	14,0+0,7
Длина, мм	1055	910	1080	995
Масса, кг	63	90	135	220

Пневмомолоты сконструированы по беззолотниковой схеме, обес­печивающей устойчивую работу, надежный запуск, одновременно позво­ляющей сделан, машину достаточно простой по конструкции и относительно дешевой при промышленном изготовлении. Все машины рассчита­ны на рабочее давление сжатого воздуха 0,6 МПа, но устойчиво работают и при падении давления до 0,35-0,40 МПа.

Технические характеристики расширителей

Таблица 6.3

Параметр		Модель расширителя
МПС-59	МПС-70	МПС-18	МПС-76	МПС-71
Наружный диаметр расшири­тельной втулки, мм	210	265	262	360	360
Внутренний диаметр за­меняемого трубопрово­да, мм	150	200-250	150-200	200-250	200-300
Проклады­ваемая труба	160-С	225-С	225-С	280-С	315-С

Важным составляющим элементом рабочего оборудования являет­ся конус-расширитель. Он состоит из 3-х элементов: расширительной втул­ки, которая насаживается на коническую головную часть корпуса пневмомолота; удлинителя, шарнирно прикрепленного к передней части пневмомолота и к тяговому тросу лебедки; конической втулки с ребрами-ножами, свободно посаженной на удлинитель и опирающейся задней частью в пе­реднюю торцовую поверхность расширительной втулки. Удары пневмомолота через коническую поверхность корпуса передаются на расширитель­ную втулку, а от нее через переднюю торцевую поверхность к конической втулке, которая разрушает старый трубопровод. Натяжение тягового троса обеспечивает надежный силовой контакт между всеми элементами рабоче­го оборудования. К расширительной втулке крепится первая секция заме­няющей пластмассовой трубы.

Помимо рабочего органа, в комплект оборудования для бестран­шейной замены канализационных трубопроводов входят тяговая лебедка и отклоняющий анкер.

В МГП «Мосводоканал» разработаны и успешно применяются тех­нологии восстановления канализационных трубопроводов диаметром от 150 до 500 мм и от 500 до 1000 мм полимерным рукавом. Современная тех­нология бестраншейного ремонта подземных безнапорных трубопроводов диаметром до 500 мм успешно применяется дочерним государственным унитарным предприятием «Сант».

Технология позволяет в сжатые сроки восстановить трубопроводы диаметром от 150 до 500 мм и увеличить срок их службы. Санацию произ­водят без вскрытия грунта и остановки движения городского транспорта. Рукав транспортируют в дефектный трубопровод прямым протаскиванием (с помощью лебедки), отвердение рукава происходит под действием пара. Под давлением пластиковый рукав плотно прилегает к поверхности повре­жденной трубы, равномерно покрывая ее высокопрочным армирующим составом. Труба становится гладкой и полностью герметичной. Процесс осуществляется с применением оборудования отечественного производст­ва. Комплексный рукав изготавливают в ДГУП «Сант» из отечественного сырья и материалов. Высокая экономичность и простота восстановления городской канализационной сети привлекает как отечественных, так и за­рубежных заказчиков. Метод хорошо зарекомендовал себя не только в Мо­скве, но и во многих городах России.

Однако эта технология имеет ограничения по выполнению санации трубопроводов большого диаметра и значительной длины, так как из-за большого веса очень сложно транспортировать рукавную заготовку в тру­бопровод прямым протаскиванием.

В крупных городах остро стоит проблема восстановления трубо­проводов до 1000 мм с длиной захвата от 100 пог. м и выше. В настоящее время специалисты ДГУП «Сант» разработали технологии восстановления трубопроводов диаметром 400-1000 мм полимерным рукавом.

По данной технологии внутрь ремонтируемого участка вводится предварительно пропитанный рукав, который продвигается по трубопроводу с помощью гидростатического давления, создаваемого водяным столбом высотой от 3 до 8 м (под действием давления воды пропитанный рукав равномерно и плотно прилегает к поврежденным стенкам трубопровода. Таким образом производится восстановление всех повреждений трубопроводов любой формы и материала.

Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев

«Водоотведение и очистка сточных вод», — АСВ, 2006